智慧孿生城市是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用，通過構(gòu)建城市物理世界及網(wǎng)絡(luò)虛擬空間一一對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之匹配、對(duì)應(yīng)的孿生城市，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展新格局。
智慧孿生城市既可以理解為實(shí)體城市在虛擬空間的映射狀態(tài)，也可以視為支撐新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系，它支撐并推進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、服務(wù)，確保城市安全、有序運(yùn)行。
CIM是數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)核心，同時(shí)利用CIM的可擴(kuò)展性，可以接入人口、房屋、住戶水電燃?xì)庑畔?、安防警?wù)數(shù)據(jù)、交通信息、旅游資源信息、公共醫(yī)療等諸多城市公共系統(tǒng)的信息資源，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)應(yīng)用集成、跨部門信息共享，支撐數(shù)字孿生城市的決策分析。
通過數(shù)字孿生城市的技術(shù)，在虛擬空間再造城市的一個(gè)拷貝，作為現(xiàn)實(shí)城市的鏡像、映射、仿真與輔助，為智慧城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理提供統(tǒng)一基礎(chǔ)支撐。
1、城市規(guī)劃仿真
基于多源數(shù)據(jù)和多規(guī)合一實(shí)現(xiàn)規(guī)劃管控一張圖。整合所有基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)（城市現(xiàn)狀三維實(shí)景、地形地貌、地質(zhì)等）、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)（人口、土地、房屋、交通、產(chǎn)業(yè)等）、規(guī)劃成果（總規(guī)、控規(guī)、專項(xiàng)、城市設(shè)計(jì)、限建要素等）、地下空間數(shù)據(jù)（地下空間、管廊等）等城市規(guī)劃相關(guān)信息資源，形成數(shù)據(jù)完備、結(jié)構(gòu)合理、規(guī)范高效的數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)體系，在數(shù)字孿生空間實(shí)現(xiàn)合并、疊加，解決其中的規(guī)劃沖突，統(tǒng)一空間邊界，形成規(guī)劃管控的“一張藍(lán)圖”，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行規(guī)劃評(píng)估、多方協(xié)同、動(dòng)態(tài)優(yōu)化與實(shí)施監(jiān)督。在充分保證“一張藍(lán)圖”實(shí)時(shí)性和有效性的前提下，通過對(duì)各種規(guī)劃方案及結(jié)果進(jìn)行模擬仿真及可視化展示，實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化和遴選。
2、城市建設(shè)管理
在城市建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建還原設(shè)計(jì)方案周邊環(huán)境，一方面可以在可視化的環(huán)境中進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，另一方面可以充分考慮設(shè)計(jì)方案和已有環(huán)境的相互影響和制約，讓原來到施工階段才能暴露出來的缺陷提前暴露在虛擬設(shè)計(jì)過程中，方便設(shè)計(jì)人員及時(shí)針對(duì)這些缺陷進(jìn)行優(yōu)化。
在施工階段，利用數(shù)字孿生技術(shù)中對(duì)象具有的時(shí)空特性，將施工方案和計(jì)劃進(jìn)行模擬，分析施工進(jìn)度和計(jì)劃的合理性，對(duì)施工過程進(jìn)行全面管控。
3、城市運(yùn)維管理
在運(yùn)維管理階段，利用城市實(shí)體中各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器和智能終端實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)，基于CIM模型，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下空間、道路交通、生態(tài)環(huán)境、能源系統(tǒng)等運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可視化綜合呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)、基于模擬仿真的決策推演以及綜合防災(zāi)的快速響應(yīng)和應(yīng)急處理能力，使城市運(yùn)行更穩(wěn)定、安全和高效。
目前，以CIM技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生規(guī)建管技術(shù)平臺(tái)已從概念走向成果落地階段，目前在雄安新區(qū)、北京新機(jī)場(chǎng)臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)、北京城市副中心、福州濱海新城、青島中央商務(wù)區(qū)、北京未來科學(xué)城等進(jìn)行了實(shí)踐，形成了很好的創(chuàng)新示范效應(yīng)和社會(huì)價(jià)值。
數(shù)字孿生在城市中的應(yīng)用與前景
數(shù)字孿生城市為城市治理帶來新變革。由模型疊加數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)字孿生城市，在支撐城市治理方面有幾個(gè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：一是提供全景視角、城市多維度觀測(cè)和全量數(shù)據(jù)分析，對(duì)城市發(fā)展態(tài)勢(shì)提前推演預(yù)判，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，以仿真驗(yàn)證決策，線上線下虛實(shí)迭代，促使資源和能力的最優(yōu)配置，促進(jìn)科學(xué)決策；二是增進(jìn)精細(xì)管理，360度無死角監(jiān)控檢測(cè)，陸?？杖轿涣Ⅲw感知，城市治理能夠運(yùn)籌帷幄之中而決勝千里之外；三是提供協(xié)同手段，突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)，全域協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，就近調(diào)度資源。下面將數(shù)字孿生在智慧城市建設(shè)中的一些場(chǎng)景做一些構(gòu)想：
1、數(shù)字孿生優(yōu)化交通出行。
通過將物理世界中復(fù)雜的交通系統(tǒng)，使用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、實(shí)景三維、語義化等技術(shù)進(jìn)行復(fù)制，構(gòu)建可被機(jī)器理解的數(shù)字孿生交通環(huán)境，融合多源異構(gòu)的交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建交通信息知識(shí)圖譜，對(duì)交通時(shí)空大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析及展示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處理以及擁堵治理等功能。
2、數(shù)字孿生助力智能駕駛發(fā)展。
通過數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)對(duì)道路、地形、交通流、交通標(biāo)志、光線、天氣等的高精度仿真。利用高度逼真、場(chǎng)景豐富的仿真平臺(tái)，基于真實(shí)道路數(shù)據(jù)、智能模型數(shù)據(jù)和案例場(chǎng)景數(shù)據(jù)對(duì)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行測(cè)試和訓(xùn)練，能夠提升智能駕駛的決策執(zhí)行力和安全穩(wěn)定性，加速無人駕駛更加安全地落地推廣和普及。
3、數(shù)字孿生讓應(yīng)急演練更仿真。
利用數(shù)字孿生技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以給用戶模擬一個(gè)真實(shí)發(fā)生的突發(fā)災(zāi)難場(chǎng)景，并能快速還原事故現(xiàn)場(chǎng)，例如火災(zāi)、暴雪、地震、泥石流等事件，讓用戶猶如身臨其境，更加生動(dòng)地體驗(yàn)在緊急事件發(fā)生時(shí)每個(gè)行動(dòng)所帶來的后果。
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